Мощность и работа электрического тока. Расчеты

Электрический ток можно сравнить с движением жидкости по трубке, а напряжение (разность потенциалов) - с разностью уровней жидкости. Предположим поток воды, падает сверху вниз, значит он несет с собой заданное количество энергии. В условиях свободного падения эта энергия абсолютно бесполезна. Если же сорентировать падающий поток водопада на лопасти турбины, то она начнет крутиться и совершать некоторую полезную работу. Работа, создаваемая падающим потоком воды в течение некоторого временного интервала, будет тем выше, чем с большей высоты падает вода и чем выше масса падающей воды. Примерно так же и в случае с электрическим током, идущим от высшего потенциала к более низкому, при этом совершается какая-то работа. Чем выше разность потенциалов и чем выше уровень свободных электронов ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи. Мощность электрического тока это количество работы, совершенной за единицу времени, еще можно сказать, что это скорость совершения работы.

Количество электричества, прошедщего через поперечное сечение электрической цепи в течение какого-то временного интервала и есть сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока в цепи. Для измерения мощности электрического тока в электротехнике используется специальная единица, называемая ватт (Вт). Можно сказать, что мощностью в один ватт обладает ток силой в один ампер при разности потенциалов, равной одному вольту.

Мощность электрического тока расчет и формулы

Для вычисления мощности тока в ваттах силу тока в амперах умножаем на напряжение в вольтах. Обозначить мощность электрического тока латинским символом P, то приведенное выше правило можно записать в виде математической формулы

P = I × U (1)

Воспользуемся этой формулой на практике. Необходимо вычислить, какая мощность электрического тока требуется для накала нити лампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА.

Р= 0,075 А × 4 В = 0,3 Вт

Мощность электрического тока можно определить и другим способом. Например, нам известны сила тока и сопротивление цепи, а напряжение велечина неизвестная, тогда мы воспользуемся соотношением из закона Ома:

U=I × R

Подставим правую часть формулы (1) IR вместо напряжения U.

P = I× U = I×IR или Р = I²×R. (2)

Рассмотрим пример расчета: какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него идет ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), вычислим:.

P= I² × R = 0,52×5 =0,25×5 = 1,25 Вт.

Кроме того, мощность электрического тока можно расчитать если известны напряжение и сопротивление, а сила тока велечина неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I × U=U²/R (3)

Разберем очередной практический пример с использованием этой формулы, при 2,5 вольта падения напряжения на реостате сопротивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет определяться:

Р = U²/R=(2,5)²/5=1,25 Вт;

Выводы: Для нахождения мощности необходимо знать любые две из величин, из закона Ома. Мощность электрического тока равна работе тока, производимой в течение времени.

P = A/t

Работа электрического тока

Проходя по цепи, ток совершает работу. Как например, водный поток направить течь, на лопасти генератора, то пон будет совершать работу, вращая лопасти. Так же и ток совершает работу, двигаясь по проводнику. И эта работа тем выше, чем больше величина сила тока и напряжения.

Работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока, напряжению и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинским символом A.

Так как, произведение I×U есть мощность, то формулу работы электрического тока можно записать:

A = P×t

Единицей измерения работы электрического тока, является ватт в секундах или в джоулях. Поэтому, если мы хотим вычислить, какую работу осуществил ток, идя по цепи в течение временного интервала, мы должны умножить мощность на время

Расмотрем практический пример, через реостат с сопротивлением 5 Ом идет ток силой 0,5 А. Нужно вычислить, какую работу совершит ток в течение четырех часов. Работа в течение одной секунды будет:

P=I²R = 0,52×5= 0,25×5 =1,25 Вт,

Тогда за 4 часа t=14400 секунд. Следовательно:

А = Р×t= 1,25×14 400= 18 000 вт-сек.

Ватт-секунда или один джоуль считаетсяя слишком малой велечиной для измерения работы. Поэтому на практике применяют единицу, называемую ватт-час (втч). Один ватт-час это эквивалентно 3 600 Дж.

В электротехнике используются и еще большие единицы, гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч): 1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж, 1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж, 1 втч = 3 600 Дж.